Rationalizing in vitro evolution by structural principles- Implications for target specificity of site-specific DNA recombinases.

通过结构原理合理化体外进化——对位点特异性 DNA 重组酶的靶特异性的影响。

基本信息

项目摘要

Recent advances in genome editing technology have improved our ability to manipulate DNA. The unique properties of site-specific recombinases (SSRs), which cut and re-join DNA with nucleotide precision, can be exploited for precise genome manipulation. An important step in broadening the use of SSRs in sophisticated genome engineering resides on their recognition of pre-defined target sites. However, customizing target site specificity of SSRs is not straightforward.Innovative substrate-linked in vitro evolution methods applied to SSRs have recently ensued in important clinical implications. These techniques have the advantage of not relying on pre-existing knowledge, but they are arduous and do not provide straightforward understanding of selectivity. Designing tailored high bio-specificity requires a good comprehension of the structure-function relationships ruling the system of interest. Directed molecular evolution of SSRs alters specificity by modifying protein-DNA interactions, and it is the inherent complexity of protein-DNA recognition what controls SSRs selectivity. Thus, structural knowledge can be used to rationalize and predict SSRs specificity. We have already demonstrated that structure-based in silico approaches combined with in vitro evolution provide a first step toward understanding how SSRs achieve binding specificity.In this project, we will apply structural bioinformatics approaches to investigate key molecular aspects of SSRs specificity using the evolved Brec1 recombinase as model system. Brec1 specifically recognizes a target site (loxBTR) present in the long terminal repeats of the majority of clinically relevant HIV-1 strains and subtypes, and it has been shown to excise the integrated provirus from human infected cells without measurable off-target effects (Karpinski et al. Nat. Biotech. 2016). First analysis of Brec1 molecular evolution data in comparison to other evolved SSRs has provided valuable information about mutational hot spots, which will be particularly investigated. We will use molecular modeling and simulation to establish atom-detailed protein-DNA models and study their structural and dynamic properties including interfacial hydration. In an in-depth systematic and comparative analysis including Brec/loxBTR wild type, mutational variants and also other natural and evolved SSRs, we will set up profiles for their natural/altered DNA recognition. This comprehensive analysis is expected to provide advanced understanding of the bases for SSRs specificity. The final goal is to establish a rationale for SSRs specificity, which should facilitate the rapid generation of enzymes with customized functional profiles. Rationally designed SSRs will be experimentally tested and used to enhance the predictive capabilities of our theoretical models. The outcome of our work will be applicable to the engineering of other proteins of interest, and therefore significantly advance the fields of biotechnology and biomedicine.
基因组编辑技术的最新进展提高了我们操纵DNA的能力。位点特异性重组酶(SSR)的独特性质,切割和重新连接DNA的核苷酸精度,可以用于精确的基因组操作。扩大SSR在复杂基因组工程中的应用的一个重要步骤在于它们对预定义靶位点的识别。然而,定制靶位点特异性的SSR并不是简单的。创新的底物连接的体外进化方法应用于SSR最近随之而来的重要临床意义。这些技术的优点是不依赖于预先存在的知识,但它们是艰巨的,并没有提供直接的理解选择性。设计定制的高生物特异性需要很好地理解支配感兴趣系统的结构-功能关系。SSRs的定向分子进化通过修饰蛋白质-DNA相互作用来改变特异性,并且控制SSRs选择性的是蛋白质-DNA识别的固有复杂性。因此,结构知识可用于合理化和预测SSR特异性。我们已经证明了基于结构的计算机模拟方法与体外进化相结合,为理解SSR如何实现结合特异性迈出了第一步。在本项目中,我们将应用结构生物信息学方法,以进化的Brec1重组酶为模型系统,研究SSR特异性的关键分子方面。Brec1特异性识别存在于大多数临床相关的HIV-1毒株和亚型的长末端重复序列中的靶位点(loxBTR),并且已经显示它从人感染的细胞中切除整合的前病毒,而没有可测量的脱靶效应(Karpinski等人,Nat.Biotech.2004,2005)。2016年)。第一次分析Brec1分子进化数据相比,其他进化的SSR提供了有价值的信息突变热点,这将是特别的调查。我们将使用分子建模和模拟来建立原子详细的蛋白质-DNA模型,并研究它们的结构和动力学性质,包括界面水合作用。在深入的系统和比较分析中,包括Brec/loxBTR野生型,突变变体以及其他天然和进化的SSR,我们将建立其天然/改变的DNA识别谱。这种全面的分析,预计将提供先进的理解的基础SSR特异性。最终目标是建立SSR特异性的基本原理,这将有助于快速生成具有定制功能特征的酶。合理设计的SSR将进行实验测试,并用于提高我们的理论模型的预测能力。我们的工作成果将适用于其他感兴趣的蛋白质的工程,从而大大推进生物技术和生物医学领域。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professorin Dr. María Teresa Pisabarro其他文献

Professorin Dr. María Teresa Pisabarro的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

相似国自然基金

基于滋养层类器官探究早期胎盘发育
  • 批准号:
    31900572
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于BYL in vitro体系的抗病毒生物药剂分子作用机理研究
  • 批准号:
    31401710
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于In vitro细胞模型的饲料虾青素的吸收、转运、沉积机制及作用机理研究
  • 批准号:
    31101911
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
In silico/In vitro偶联ACAT生理模型筛选药物及其制剂的生物利用度/生物等效性
  • 批准号:
    81173009
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    50.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
丙型肝炎病毒感染宿主细胞的分子生物学研究
  • 批准号:
    30870127
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    40.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Decoding the functional pleiotropy of IL-20Rβ ligands in inflammation and tumorigenesis
解码 IL-20Rβ 配体在炎症和肿瘤发生中的功能多效性
  • 批准号:
    10350447
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Regulation of RNA sensing and viral restriction by RNA structures
RNA 结构对 RNA 传感和病毒限制的调节
  • 批准号:
    10667802
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
An RNA Nanosensor for the Diagnosis of Antibiotic Resistance in M. Tuberculosis
用于诊断结核分枝杆菌抗生素耐药性的 RNA 纳米传感器
  • 批准号:
    10670613
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Malassezia and Candida auris: skin microbiome dysbiosis and de-regulation of cutaneous homeostasis
马拉色菌和耳念珠菌:皮肤微生物群失调和皮肤稳态失调
  • 批准号:
    10661959
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
B Cell Epitope Discovery and Mechanisms of Antibody Protection: Responses to Dengue 4, Powassan, Chikungunya, and Venezuelan Equine Encephalitis Viruses
B 细胞表位发现和抗体保护机制:对登革热 4、Powassan、基孔肯雅热和委内瑞拉马脑炎病毒的反应
  • 批准号:
    10909763
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Fluorescent probes for detection of misfolded protein oligomers in Alzheimer's Disease and related disorders
用于检测阿尔茨海默病和相关疾病中错误折叠蛋白寡聚体的荧光探针
  • 批准号:
    10604908
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Development of an Oral Pan-Coronavirus Drug Cocktail
口服泛冠状病毒药物混合物的开发
  • 批准号:
    10714472
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Regulation of Intraocular Pressure via a Novel Adjustable Glaucoma Drainage Device
通过新型可调节青光眼引流装置调节眼压
  • 批准号:
    10735637
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Role of necroptosis in colorectal cancer therapy
坏死性凋亡在结直肠癌治疗中的作用
  • 批准号:
    10891823
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Reversal of Ovarian Aging in Mice Through AAV-mediated Oocyte Reprogramming in vivo
通过 AAV 介导的体内卵母细胞重编程逆转小鼠卵巢衰老
  • 批准号:
    10723227
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了